네트워크 사이언스

알버트라슬로바라바시

Albert-LászlóBarabási
노스이스턴대학교네트워크과학학과의특훈교수이자복잡계네트워크센터의소장으로,하버드의학전문대학원과헝가리부다페스트의중앙유럽대학교겸직교수이기도하다.바라바시는척도없는네트워크를발견해서네트워크과학의포문을열었고,견고성부터제어까지다양한주요네트워크성질을밝혔다.

0장.개인적인소개

____첫네트워크논문(1994)
____실패1:두번째논문(1995)
____실패2:웹의지도그리기(1996)
____다시,시동을걸다(1998)
____실패3:좁은세상(1998)
____웹의지도를그리기(1998)
____발견(1999)
____돌진(1999)
____믿음의도약(1999)
____실패4:연구비지원(1999)
____실패5:“우스꽝스럽게도틀렸다”
__정리

1장.네트워크과학소개

__1.1상호연결때문에나타나는취약성
__1.2복잡계의중심에있는네트워크
__1.3네트워크과학을도운두가지힘
____1.3.1네트워크지도의출현
____1.3.2네트워크특성의보편성
__1.4네트워크과학의특성
____1.4.1학제간연구특성
____1.4.2실증적,데이터기반특성
____1.4.3정량적,수학적특성
____1.4.4계산적특성
__1.5사회에미친영향
____1.5.1경제적영향:웹검색에서소셜네트워킹까지
____1.5.2보건:약물설계부터물질대사공학
____1.5.3보안:테러와의싸움
____1.5.4전염병:생명을앗아가는질병을예측하고멈추기까지
____1.5.5뇌과학:뇌지도그리기
____1.5.6경영:조직의내부구조밝히기
__1.6과학에미친영향
__1.7정리
__1.8과제
____1.8.1어디에나있는네트워크
____1.8.2당신의흥미는?
____1.8.3영향력

2장.그래프이론

__2.1쾨니히스베르크의다리
__2.2네트워크와그래프
__2.3링크수,평균링크수,링크수분포
____2.3.1링크수
____2.3.2평균링크수
____2.3.3링크수분포
__2.4인접행렬
__2.5현실네트워크의성김
__2.6가중치네트워크
__2.7이분네트워크
__2.8경로와거리
____2.8.1최단경로
____2.8.2네트워크지름
____2.8.3평균경로길이
__2.9연결상태
__2.10뭉침계수
__2.11정리
__2.12과제
____2.12.1쾨니히스베르크문제
____2.12.2행렬수식
____2.12.3그래프표현법
____2.12.4링크수,뭉침계수,덩어리
____2.12.5이분네트워크
____2.12.6이분네트워크(일반적인경우)
__2.13[심화주제2.A]전역뭉침계수

3장.무작위네트워크

__3.1소개
__3.2무작위네트워크모형
__3.3링크의수
__3.4링크수분포
____3.4.1이항분포
____3.4.2푸아송분포
__3.5실제네트워크는푸아송분포가아니다
__3.6무작위네트워크의점진적변화
__3.7실제네트워크는초임계성을보인다
__3.8좁은세상
__3.9뭉침계수
__3.10정리:실제네트워크는무작위가아니다
__3.11과제
____3.11.1에르되시-레니네트워크
____3.11.2에르되시-레니네트워크만들기
____3.11.3원형네트워크
____3.11.4케일리나무
____3.11.5속물적인네트워크
____3.11.6속물적인사회연결망
__3.12[심화주제3.A]푸아송분포의유도과정
__3.13[심화주제3.B]최대링크수와최소링크수
__3.14[심화주제3.C]거대덩어리
__3.15[심화주제3.D]덩어리크기
____3.15.1덩어리크기분포
____3.15.2평균덩어리크기
__3.16[심화주제3.E]완전히연결된영역
__3.17[심화주제3.F]상전이
__3.18[심화주제3.G]좁은세상보정

4장.척도없는성질

__4.1소개
__4.2거듭제곱법칙과척도없는네트워크
____4.2.1이산적인형식
____4.2.2연속적인형식
__4.3허브
____4.3.1가장큰허브
__4.4척도없음의의미
__4.5보편성
__4.6극단적인좁은세상성질
__4.7링크수지수의역할
__4.8임의의링크수분포를가진네트워크만들기
____4.8.1구조모형
____4.8.2이웃수를보존하는무작위화
____4.8.3숨은매개변수모형
__4.9정리
__4.10과제
____4.10.1허브
____4.10.2친구관계역설
____4.10.3척도없는네트워크만들기
____4.10.4분포익히기
__4.11[심화주제4.A]거듭제곱법칙
____4.11.1지수함수적으로제한된분포
____4.11.2두꺼운꼬리분포
____4.11.3혼합된분포(로그정규분포,펼쳐진지수함수)
__4.12[심화주제4.B]거듭제곱법칙그리기
____4.12.1로그-로그그림을이용하기
____4.12.2선형묶기피하기
____4.12.3로그묶기사용하기
____4.12.4누적분포사용하기
__4.13[심화주제4.C]링크수지수추정하기
____4.13.1맞춤과정
____4.13.2적합도
____4.13.3실제분포에맞추기
____4.13.4체계적인맞춤문제

5장.바라바시-알버트모형

__5.1소개
__5.2성장과선호적연결
____5.2.1새로운노드의추가를통해확장되는네트워크
____5.2.2노드는더많이연결되어있는노드와연결되는것을선호한다
__5.3바라바시-알버트모형
__5.4링크수동역학
__5.5링크수분포
__5.6성장혹은선호적연결의부재
____5.6.1모형A
____5.6.2모형B
__5.7선호적연결측정하기
__5.8비선형선호적연결
__5.9선호적연결의근원
____5.9.1국소메커니즘
____5.9.2링크선택모형
____5.9.3복제모형
____5.9.4최적화
__5.10지름과뭉침계수
____5.10.1지름
____5.10.2뭉침계수
__5.11정리
__5.12과제
____5.12.1바라바시-알버트네트워크만들기
____5.12.2방향성있는바라바시-알버트모형
____5.12.3복제모형
____5.12.4선호적연결이없는성장
__5.13[심화주제5.A]링크수분포유도하기
__5.14[심화주제5.B]비선형선호적연결
__5.15[심화주제5.C]뭉침계수

6장.변화하는네트워크

__6.1소개
__6.2비안코니-바라바시모형
____6.2.1링크수동역학
____6.2.2링크수분포
__6.3적합도측정
____6.3.1웹문서의적합도
____6.3.2과학출판물의적합도
__6.4보스-아인슈타인응축
__6.5변화하는네트워크
____6.5.1초기매력도
____6.5.2내부링크
____6.5.3노드제거
____6.5.4가속성장
____6.5.5나이듦
__6.6정리
____6.6.1구조적다양성
____6.6.2다양성을모형화하기
__6.7과제
____6.7.1가속성장
____6.7.2t파티자라는네트워크모형
____6.7.3비안코니-바라바시모형
____6.7.4더하는적합도
__6.8[심화주제6.A]비안코니-바라바시모형의해석적결과

7장.링크수상관관계

__7.1소개
__7.2끼리끼리와반대끼리
__7.3링크수상관관계측정하기
__7.4구조적절단
__7.5실제네트워크의상관관계
__7.6상관관계가있는네트워크만들기
____7.6.1정적모형의링크수상관관계
____7.6.2변화하는네트워크의링크수상관관계
____7.6.3링크수상관관계조절하기
__7.7링크수상관관계의영향
__7.8정리
__7.9과제
____7.9.1링크수상관관계의세부균형
____7.9.2별모양네트워크
____7.9.3구조적단절
____7.9.4에르되쉬-레니네트워크의링크수상관관계
__7.10[심화주제7.A]링크수상관계수
____7.10.1μ와r의관계
____7.10.2방향성네트워크
__7.11[심화주제7.B]구조적절단

8장.네트워크의견고함

__8.1소개
__8.2스미기이론
____8.2.1스미기
____8.2.2역스미기전이와견고함
__8.3척도없는네트워크의견고함
____8.3.1몰로이-리드기준
____8.3.2임계문턱값
____8.3.3유한한네트워크의견고함
__8.4공격내구성
____8.4.1공격받았을때의임계문턱값
__8.5연쇄고장
____8.5.1실증적인결과
__8.6연쇄고장의모형화
____8.6.1고장전파모형
____8.6.2가지치기모형
__8.7견고함만들기
____8.7.1견고한네트워크설계하기
____8.7.2사례연구:견고함측정하기
__8.8정리:아킬레스건
__8.9과제
____8.9.1무작위고장:척도없는네트워크를넘어서
____8.9.2상관관계가있는네트워크의임계문턱값
____8.9.3실제네트워크의고장
____8.9.4사회연결망에서의음모
____8.9.5네트워크에서의사태
__8.10[심화주제8.A]척도없는네트워크에서의스미기
__8.11[심화주제8.B]몰로이-리드기준
__8.12[심화주제8.C]무작위고장이있을때의임계문턱값
__8.13[심화주제8.D]유한한척도없는네트워크의무너짐
__8.14[심화주제8.E]실제네트워크의공격과고장에대한내구성
__8.15[심화주제8.F]공격문턱값
__8.16[심화주제8.G]최적링크수분포

9장.커뮤니티

__9.1소개
__9.2커뮤니티의기초
____9.2.1커뮤니티정의하기
____9.2.2커뮤니티의수
__9.3계층적뭉치기
____9.3.1병합하는방법:라바즈알고리듬
____9.3.2분리하는방법:거번-뉴만알고리듬
____9.3.3실제네트워크에서의계층
__9.4모듈도
____9.4.1모듈도
____9.4.2탐욕알고리듬
____9.4.3모듈도의한계
__9.5중첩된커뮤니티
____9.5.1클리크스미기
____9.5.2링크뭉치기
__9.6커뮤니티시험하기
____9.6.1정확도
____9.6.2빠르기
__9.7커뮤니티특성화
____9.7.1커뮤니티크기분포
____9.7.2커뮤니티와링크가중치
____9.7.3커뮤니티진화
__9.8정리
__9.9과제
____9.9.1계층적네트워크
____9.9.2원형에서의커뮤니티
____9.9.3모듈도해상도한계
____9.9.4최대모듈도
__9.10[심화주제9.A]계층적모듈도
____9.10.1링크수분포
____9.10.2뭉침계수
____9.10.3실증적결과
__9.11[심화주제9.B]모듈도
____9.11.1커뮤니티합으로서의모듈도
____9.11.2두커뮤니티합치기
__9.12[심화주제9.C]커뮤니티를찾는빠른알고리듬
____9.12.1루뱅알고리듬
____9.12.2인포맵
__9.13[심화주제9.D]클리크스미기의문턱값

10장.확산현상

__10.1소개
__10.2전염병모형
____10.2.1SI모형
____10.2.2SIS모형
____10.2.3SIR모형
__10.3네트워크전염학
____10.3.1네트워크SI모형
____10.3.2SIS모형과사라지는전염병문턱값
__10.4접촉네트워크
____10.4.1성병
____10.4.2공기매개질병
____10.4.3위치네트워크
____10.4.4디지털바이러스
__10.5링크수분포너머
____10.5.1시간에따라변하는네트워크
____10.5.2폭발적인접촉패턴
____10.5.3링크수상관관계
____10.5.4링크가중치와커뮤니티구조
____10.5.5복합전염
__10.6면역전략
____10.6.1마구잡이면역전략
____10.6.2척도없는네트워크에서의백신전략
__10.7전염병예측
____10.7.1실시간예측
____10.7.2가정예상분석
____10.7.3유효거리
__10.8정리
__10.9과제
____10.9.1네트워크상의전염병
____10.9.2사회연결망에서의무작위적인비만
____10.9.3면역전략
____10.9.4이분네트워크에서의전염병
__10.10[심화주제10.A]전염병과정의미시모형
____10.10.1전염병방정식의유도
____10.10.2전염병문턱값과네트워크구조
__10.11[심화주제10.B]SI,SIS,SIR모형의해석적풀이
____10.11.1밀도함수
____10.11.2SI모형
____10.11.3SIR모형
____10.11.4SIS모형
__10.12[심화주제10.C]표적면역전략
__10.13[심화주제10.D]SIR모형과결합선스미기

지은이의말

오늘날서로연결된세상을이해하길바라는독자에게는네트워크가제공하는관점은필수요소다.이책은이런관점을공유하는최고의방안이고,네트워크과학자가될수있는기회를제공하기도한다.주제를선정하고자료를보여주는과정에서많은부분을선별했는데,이런선별과정은정량적이지만따라가기쉽게이분야를소개하려는열망에서비롯됐다.동시에,우리를둘러싼수많은복잡계에관해네트워크가제공하는많은시야를전달하고자노력했다.이러한열망이종종충돌하는것을해결하고자역사적기록과기술진보를함께기술하고,근원을설명하는글상자와주요발견을응용한것을함께기술했다.

옮긴이의말

20여년전은새천년이시작된순간이기도하지만네트워크과학이태동하기시작한시기이기도하다.그서막에서첫번째장막을걷어낸연구자들중영향력면에서가장두드러지는사람이바로이책의저자인알버트라슬로바라바시다.사회학과수학의그래프이론분야에서별도로연구되던네트워크현상을통합하고,그간알려진바가없었던연결망구조를새로이밝히며축포를쏘아올렸다.이중요한발견을필두로이후이십년동안네트워크과학은독자적인학문분야로서크게성장했다.새로운방법론으로서역할을톡톡히하며,기존에많이연구하던시스템을새로운관점에서바라볼수있는안경을제시하기도했고,그전에는이해하지못했던현상의근원을파헤치는데중요한교두보역할을하기도했다.특정분야에한정되지않고여러분야를넘나들며적용할수있는방법론이라는특성덕분에,서로다른학문분야사이의공통점과차이점을구분할수있는통찰력을제공하기도한다.이는최근학제간경계를무너뜨리며융합을권장하는학문분위기에상응하는것이며,현시점에서네트워크과학을긴요하게다뤄야하는이유다.이책의첫장,첫문구에서말하는것처럼,“인터넷에서사회연결망,우리의생물학적실재를결정하는유전자네트워크까지,네트워크는어디에나있다.”그러므로우리가사는세상을이해하려면네트워크를이해해야만한다.특히,데이터가쏟아지는이시점에서데이터가산재된채흩어져있기보다데이터사이의유기적인관계성을파악하려면네트워크활용에숙달하는것은반드시필요한일이다.

이책에서흥미로운부분은,‘들어가며’에있는‘네트워크과학가르치기’다.저자인바라바시는이책에담은자료를기반으로,실제대학에서네트워크과학강의를했다.이책으로한학기강의를진행하려면수업을어떻게꾸리면좋을지를제안한다.수업계획서부터강의초반설정,강의중간에수행해야하는작은과제,학기를마무리하는최종과제의설계까지,학생이수업에적극적으로참여해네트워크과학을체험하도록수업안을고민한흔적이역력하다.특히인상깊었던부분은바로강의중간에수행하는작은과제인‘위키과제’다.네트워크과학강좌를중간정도까지학습한학생들이,이분야에서중요한개념이무엇인지스스로파악해위키백과에문서를작성하도록하는과제다.일정한양식을갖추어정제된설명과정보를전달하는경험을하도록한다.이는학술적글쓰기를하며글을가다듬는능력을배양시킨다는점에서도중요한데,개인적으로더욱인상깊었던부분은저자가무심한듯던진한문장때문이었다.

“다른언어로이러한네트워크과학을가르치는사람은자신의모국어로위키백과를구성하는것을고려할필요가있다.”
사실이문장에우리가네트워크과학서적을번역하고자하는이유가담겨있다.영어를모국어로사용하는학생이위의위키과제를수행하려면,자신이흥미를보이는개념의대부분은이미기존위키백과문서로존재한다는사실을발견할것이다.새로운문서로작성하기도어려울뿐만아니라,기존문서의내용이이미충실해서추가내용을보충하기도어려울것이다.같은개념을우리말로바꾸어위키백과에서검색해보면어떨까?먼저,그개념을가리키는우리말용어가무엇인지파악하기어려울것이고,어렵게검색을해도관련문서가전혀없거나존재하더라도그내용이상당히부실할것이다.위키과제를수행할만한놀이터가광활하게펼쳐진것이다.과제를하는학생입장에서는반가운소식이지만,이는사실네트워크과학의전문지식을우리말로전달하고공급하는시도가거의없었다는방증이기도하다.네트워크가우리주변어디에나있다는주장을떠올린다면,우리에게가까이있다는네트워크에관한지식을정작우리말로쉽게접근할수없다는것은겉보기에모순이기도하고안타까운일이기도하다.이것이역자들이네트워크과학서적을번역하는동기다.

이책을번역한일곱명은선단에서네트워크과학을활발하게연구하는젊은연구자들이다.십여년이상을연구하며네트워크과학의여러모형과우리가사는세상,사회,자연을이해하고자끊임없이활동중이다.연구자로서연구활동도중요하지만,우리가공부하고배웠던지식을우리말로대중에게널리알리며사회에기여하는것역시중요한역할이라판단하여뜻을모아서적들을하나둘번역하기시작했다.비록전문번역가가아니어서번역한글이매끄럽지않을수있겠으나,원서에있는수식을포함한오탈자들을번역본에서수정할수있었던건이분야의전문가이기때문에가능했다.

보통의사람이라면,일생을살면서어떤하나의분야를개척한다는선구자가될것이라는생각은쉽사리할수없을것이다.특히학문분야가깊이와너비모두점점고도화되며전문성을확고히하는현대사회에서,새로운패러다임을구축할만한새로운분야를개발한다는것은더더욱어려운일이다.바라바시와동시대의동료연구자들은대단한통찰력으로네트워크과학이라는이젊은분야를개척했고,그들의중요한발견이후훨씬더많은연구자가이분야를향한여정에합류하면서그몸집을성공적으로키워나갔다.역자들이네트워크과학자로분야의발전에나름대로기여하고활동하며이렇게번역할기회를얻은것역시,바라바시와주변동료들이초창기에이분야를잘닦아둔덕분이다.이십여년을축적해온선후배동료연구자들의귀중한발견이,이책을읽는독자에게도잘전달되기를바란다.